Una unidad aritmética-lógica (ALU) es la parte de un circuito electrónico que procesa datos mediante operaciones aritméticas y lógicas como suma, resta, multiplicación, división y comparaciones lógicas. Las ALU se encuentran en dispositivos como relojes, calculadoras y microprocesadores, variando en complejidad según su propósito. Realizan operaciones binarias utilizando registros como el acumulador para almacenar datos de forma temporal durante los cálculos.

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
Integrante:
José Leonardo Vásquez
28.242.945
Profesor:
José Guzmán
Unidad aritmética- lógica
Maturín, noviembre 2021

2. ¿Que es una Unidad Aritmética – Logica?
Es la parte encargada de procesar los datos, se conoce también como ALU
(Arithmetic-Logic Unit). Las operaciones que realiza son aritméticas y lógicas entre los
datos de un circuito; suma, resta, multiplica y divide, así como establece
comparaciones lógicas a través de los condicionales lógicos “si”, “no”, y, “o”. Desde los
circuitos más simples, como relojes y calculadoras, hasta complejos circuitos, como
los microchips actuales, todos incluyen al menos una Unidad aritmético-lógica, que
varía su poder y complejidad según su finalidad.

3. Unidad Aritmética – Logica
En 1945 John P. Eckert y John W. Mauchly dieron vida a este concepto. Más
tarde, John von Neumann través de un informe fundacional sobre el desarrollo del
Computador Automático Variable Discreto Electrónico (EDVAC, por sus siglas en
inglés), propuso la idea de la ALU, explicando que es un requisito indispensable para
cualquier computadora el poder efectuar operaciones matemáticas básicas. ,
Una ALU puede encontrarse en todo tipo de circuitos y dispositivos electrónicos.
Por ejemplo, en un reloj de pulsera digital que permite la adición de un segundo en
forma constante O también y en cantidad en un complejo circuito de microprocesador
moderno. Otros ejemplos se encuentran en tarjetas gráficas, de sonido o video,
equipos de TV de alta definición, y lectoras de CD.

4. Dipositivos de Procesamiento: Placa Madre
La tarjeta madre, placa base o motherboard es una tarjeta de circuito impreso que
posibilita la integración de todos los componentes de una computadora. Para esto,
cuenta con un software básico conocido como BIOS, que le permite cumplir con sus
funciones.

5. Dipositivos de Procesamiento: CPU
CPU son las siglas de Central Processing Unit, lo que traducido significa Unidad
Central de Procesamiento. Se trata de uno de los componentes vitales de un
computador,. sin él, simplemente no seria capaz de funcionar.
A la CPU se la suele llamar coloquialmente como microprocesador o simplemente
procesador, y se puede considerar como el ‘‘cerebro’’ de cualquier dispositivo. Se
encarga de procesar todas las instrucciones del dispositivo, leyendo las órdenes y
requisitos del sistema operativo, así como las instrucciones de cada uno de los
componentes y las aplicaciones.

6. Dipositivos de Procesamiento: Memoria
La definición de memoria caché dice que es uno de los recursos con los que
cuenta una CPU (Unidad Central de Procesamiento) para almacenar temporalmente
datos recientemente procesados en una memoria auxiliar. Se trata de lo que se
conoce como una memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) muy rápida y
colocada cerca de la CPU.
Así, pese a su pequeño tamaño, la memoria caché opera con mayor velocidad,
dotando al microprocesador de un tiempo extra para acceder a los datos que se usan
con más frecuencia.

7. Tipo de Operaciones con una ALU:
Una ALU no puede funcionar por sí sola, por lo que va a ser necesaria una unidad
de control que le marque que instrucción ha de realizar y sobre que dato lo ha de
hacer. Por lo que en esta explicación vamos a suponer que tenemos una unidad de
control acompañando a nuestra ALU.
Una ALU lo que le permite a una cualquier tipo de procesador, ya sea una CPU o una
GPU, realizar operaciones matemáticas con números binarios. Por lo que no es más
que una calculadora binaria, siendo el tipo de ALU más simple el que permite sumar
dos números de 1 bit cada uno

8. Tipo de Operaciones con una ALU:
Resta Binaria
Aquí se basa en que en el caso de que estemos trabajando con enteros binarios.
Esto no funciona con números en coma flotante. Podemos utilizar el mismo
mecanismo que se utiliza para sumar dos números para realizar la operación de resta.
Lo único que necesitamos es invertir el valor del segundo operando a través de una
serie de puertas NOT y sumar 1 al resultado final. Gracias a ellos podemos utilizar el
mismo hardware para realizar una operación de suma para realizar una resta.

9. Tipo de Operaciones con una ALU:
Multiplicación y división binarias en
potencias de 2
La forma de multiplicación más simple en un sistema binario es la multiplicación por
números múltiplos de 2, al ser un sistema binario, sólo tenemos que implementar un
mecanismo donde los datos de entrada se desplacen varias posiciones a la izquierda, si
estamos multiplicando, o a la derecha, si estamos dividiendo. ¿La cantidad de
posiciones? Depende del índice de potencia de 2 del multiplicador, así pues, si estamos
multiplicando por 8 que es 2³ entonces deberemos desplazar el número 3 posiciones
hacia la izquierda y si es dividiendo 3 posiciones a la derecha. Es por este motivo que
las ALU integran también operaciones de desplazamiento de bits, las cuales son la base
para multiplicar o dividir por múltiplos de 2.

10. Tipo de Operaciones con una ALU: Multiplicación
con números que no son potencia de 2
Suponiendo que quiero multiplicar 25 x 25, en binario el proceso es tal que: Siendo el número
25 en este caso 11001 y por tanto un número de 5 bits. Binariamente vamos a multiplicar 11001 x
11001 y para ello vamos a tener que utilizar las puertas AND.
En primer lugar, multiplicamos 11001 x 1 = 11001, en segundo lugar, multiplicamos 11001 x 0=
0000, escribimos el resultado una posición hacia la izquierda, en tercer lugar multiplicamos 11001 x
0= 0000, escribimos el resultado dos posiciones hacia la izquierda, en cuarto lugar, multiplicamos
11001 x 1 = 11001, escribimos el resultado tres posiciones hacia la izquierda, en quinto lugar,
multiplicamos 11001 x 1 = 11001, escribimos el resultado cuatro posiciones hacia la izquierda
Teniendo en cuenta la posición de cada operación sumamos el resultado, el cual nos debería dar
como resultado 01001110001

11. Tipo de Operaciones con una ALU:
Operaciones matematicas mas complejas
Cuanto más compleja sea una operación mas transistores se necesitaran. Para
cada operación existe un mecanismo distinto y cuando la unidad de control le dice a
una ALU el tipo de operación que ha de ejecutar entonces lo que está haciendo es
decirle que tiene que utilizar esa mecanismo en concreto para ese operación
matemática en concreto.
Como lo importante es ahorrar en transistores, las operaciones más complejas se
definen como una sucesión de las más simples con tal de reaprovechar el hardware.
Esto lleva a que esas operaciones más complejas requieren una cantidad de ciclos de
reloj más altos. Aunque en algunos diseños se implementan mecanismos completos
que permiten realizar dichas operaciones en una cantidad de ciclos mucho menores e
incluso en un solo ciclo en muchos casos, pero no son habituales en las CPU.
En donde sí que son utilizadas en las GPU, donde vemos un tipo de unidad
llamada Special Function Unit que se encarga de ejecutar lo que llamamos
operaciones trascendentales como por ejemplo las razones trigonométricas que se
utilizan en la geometría.

12. Como opera una ‘‘ALU’’
Teniendo en cuenta que una ALU no opera con los datos en memoria,
sino que en el proceso de captación y descodificación los datos con los
que ha de trabajar se guardan en un registro llamado acumulador, sobre el
que se realizan las operaciones.
En algunos sistemas más complejos se utiliza más de un registro para las
operaciones aritméticas y en algunos casos incluso registros especiales
para algunas instrucciones. Los cuales se encuentran documentados la
mayoría de veces, pero en otros casos debido a que son utilizados en solo
ciertas instrucciones no se suelen documentar.
El motivo por el cual utilizar los registros es por su cercanía respecto a la
ALU, si se utilizará la memoria RAM entonces se tardaría mucho más
tiempo en realizar una simple operación. El otro motivo es porque se
consumiría mucha más energía para realizar una operación.

13. Muchas Gracias por su Atencion!